巖土工程實例

1、與土有關(guān)的典型工程案例一、與土或土體有關(guān)的強度問題1加拿大特朗斯康谷倉 加拿大特朗斯康谷倉，由于地基強度破壞發(fā)生整體滑動，是建筑物失穩(wěn)的典型例子。（1） 概況加拿大特朗斯康谷倉平面呈矩形，長59.44 m,寬23.47 m。高31.0m。容積36368 m3。谷倉為圓筒倉，每排13個圓筒倉，共5排65個圓筒倉組成。谷倉的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61cm，基礎(chǔ)埋深3.66m。谷倉于1911年開始施工，1913年秋完工。谷倉自重20000t，相當于裝滿谷物后滿載總重量的42 5% 。1913年9月起往谷倉裝谷物，仔細地裝載，使谷物均勻分布、10月當谷倉裝了31822m3谷物時，發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)垂直沉降

2、達30.5cm。結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時間谷倉傾倒，傾斜度離垂線達26o53。谷倉西端下沉7.32m，東端上抬加拿大谷倉地基滑動而傾倒端下沉7 32m，東端上抬1.52m。1913年10月18日谷倉傾倒后，上部鋼筋混凝土筒倉艱如盤石，僅有極少的表面裂縫。（2）事故原因 1913年春事故發(fā)生的預(yù)兆：當冬季大雪融化，附近由石碴組成高為9 14m的鐵路路堤面的粘土下沉1m左右迫使路堤兩邊的地面成波浪形。處理這事故，通過打幾百根長為18.3m的木樁，穿過石碴，形成一個臺面，用以鋪設(shè)鐵軌。谷倉的地基土事先未進行調(diào)查研究。根據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖試驗結(jié)果，計算承載力為352kPa，應(yīng)用到這個倉庫。谷倉的

3、場地位于冰川湖的盆地中，地基中存在冰河沉積的粘土層，厚12.2m.粘土層上面是更近代沉積層,厚3.0m。粘土層下面為固結(jié)良好的冰川下冰磧層,厚3.0 m.。這層土支承了這地區(qū)很多更重的結(jié)構(gòu)物。1952年從不擾動的粘土試樣測得：粘土層的平均含水量隨深度而增加從40到約60；無側(cè)限抗壓強度qu從118.4kPa減少至70.0kPa平均為100.0kPa；平均液限wl=105%，塑限wp=35，塑性指數(shù)Ip=70。試驗表明這層粘土是高膠體高塑性的。按大沙基公式計算承載力，如采用粘土層無側(cè)限抗壓強度試驗平均值100kPa，則為276 6kPa，已小于破壞發(fā)生時的壓力3294 kPa值。如用qumin=

4、70 kPa計算，則為 193.8kPa，遠小于谷倉地基破壞時的實際壓力。地基上加荷的速率對發(fā)生事故起一定作用，因為當荷載突然施加的地基承載力要比加荷固結(jié)逐漸進行的地基承載力為小。這個因素對粘性士尤為重要，因為粘性土需要很年時間才能完全固結(jié)。根據(jù)資料計算，抗剪強度發(fā)展所需時間約為1年，而谷物荷載施加僅45天，幾乎相當于突然加荷。綜上聽述，加拿大特朗斯康谷倉發(fā)生地基滑動強度破壞的主要原因：對谷倉地基土層事先未作勘察、試驗與研究，采用的設(shè)計荷載超過地基土的抗剪強度，導致這一嚴重事故。由于谷倉整體剛度較高，地基破壞后，筒倉仍保持完整，無明顯裂縫，因而地基發(fā)生強度破壞而整體失穩(wěn)。（3）處理方法為修復(fù)筒

5、倉，在基礎(chǔ)下設(shè)置了70多個支承于深16m基巖上的混凝土墩，使用了388只的千斤頂，逐漸將傾斜的筒倉糾正。補救工作是在傾斜谷倉底部水平巷道中進行，新的基礎(chǔ)在地表下深10.36m。經(jīng)過糾傾處理后,谷倉于1916年起恢復(fù)使用。修復(fù)后位置比原來降低了4m。2、香港寶城滑坡 1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。3阪神大地震中地基液化神戶碼頭：地震

6、引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴重損傷 4某電站匯合渠3號渡槽進口槽臺（地基承載力不足導致地基沉降嚴重）（1）、失事過程回放某電站工程指揮部于1996年10月27日對于已完工的部分工程進行試水。8:30左右，在黃九坳渠首開閘放水，放水流量為0.8秒立米（黃九坳引水渠設(shè)計流量為2.7秒立米；匯合渠設(shè)計流量為6.0秒立米）。10：30左右，水流到達匯合渠的溢流堰，由于溢流堰的沖砂孔直徑只有400mm，排水流量小，以至匯合渠水位基本達到設(shè)計水位。14：15左右，值班人員巡查至匯合渠3號渡槽進口槽臺時未發(fā)現(xiàn)漏水和滲水現(xiàn)象。15：45分左右，值班人員發(fā)現(xiàn)匯合渠3

7、號渡槽進口槽臺附近的連段出現(xiàn)裂縫和大量漏水，并立即報告指揮部。16：00左右，有關(guān)人員趕到出事地點，發(fā)現(xiàn)連接段距B點1.3m處的E點有一條向上游傾斜的裂縫（見示意圖）。EB段下沉1cm，槽身微微傾斜，在場的技術(shù)人員感到情況不妙，立即趕到上游300m左右的沖砂閘，開閘防水，但開閘很不順利。17：00左右，有關(guān)人員返回3號渡槽時，發(fā)現(xiàn)槽臺基礎(chǔ)已被大量的漏水淘空，情況已十分嚴重。17：10分，槽臺失穩(wěn)跌落，槽身一端已跌落在沖刷坑中，另一端仍支在排架上。17：30分，整段槽身跌落土坑中，從放水至槽臺、槽身破壞共歷時9個小時左右。根據(jù)各方面的調(diào)查和分析，該電站匯合渠3號渡槽進口槽臺失事原因如下：（2）失

8、事原因分析1）該槽臺地基沒有相應(yīng)的地質(zhì)資料及相關(guān)土工試驗資料。經(jīng)事后土工試驗分析，該地基土質(zhì)偏軟，壓縮性大，實際承載力為100120kPa，地基承載力偏低（地基的設(shè)計承載力平均值為116.8 kPa）。當渡槽通水時，地基的應(yīng)力達到或接近地基承載力，地基沉降嚴重，造成整個槽臺下沉，致使渡槽連接段斷裂，直接引發(fā)這次事故。2）施工單位在地基開挖后沒有通知設(shè)計、監(jiān)理人員對地基進行驗收。3）渠道的總體設(shè)計有不少缺陷。如沒有設(shè)置數(shù)量足夠與設(shè)計合理的放空閘、溢流堰、沖砂閘等。4）指揮部對這次試水不夠重視，沒有具體的安排和布置，沒有一整套應(yīng)急方案。（3）主要經(jīng)驗教訓：1）應(yīng)重視地質(zhì)堪察和土工試驗工作；2）槽臺

9、基礎(chǔ)要放在堅實的地基上；3）設(shè)計要合理；4）相關(guān)部門（設(shè)計、施工、監(jiān)理）應(yīng)作好配合、協(xié)調(diào)工作；5）主管部門應(yīng)有實用的應(yīng)急預(yù)案。二、與土或土體有關(guān)的變形問題1、比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m， 塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.5°1360：再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動工1590: 伽利略在此塔做落體實驗 （1）概況比薩市位于意大利中部，而比薩斜塔位于比薩市北部，它是比薩大教堂的一座鐘塔，在大教堂東南方向相距約25m。比薩斜塔是一座獨立的建筑

10、，周圍空曠， 比薩斜塔建造，經(jīng)歷了三個時期：第一期，自1173年9月8日至1178年，建至第4層，高度約29m時，因塔傾斜而停工。 第二期，鐘塔施工中斷94年后，于1272年復(fù)工，至1278年，建完第7層，高48m，再次停工。第三期，經(jīng)第二次施工中斷82年后，于1360年再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共八層，高度為55m。全塔總荷重約為145MN，塔身傳遞到地基的平均壓力約500kPa。目前塔北側(cè)沉降量約90cm，南側(cè)沉降量約270cm，塔傾斜約5.5°，十分嚴重。比薩斜塔向南傾斜，塔頂離開垂直線的水平距離已達527m，等于我國虎丘塔傾斜后塔頂離開水平距離的23倍。幸虧比薩斜塔的建筑

11、材料大理石條石質(zhì)量優(yōu)，施工精細，尚未發(fā)現(xiàn)塔身有裂縫。比薩斜塔基礎(chǔ)底面傾斜值，經(jīng)計算為0.093，即930,我國國家標準建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GBJ 789中規(guī)定：高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜，當建筑物高度Hg為：50m<Hg100m時，其允許值為0.005，即5。目前比薩斜塔基礎(chǔ)實際傾斜值已等于我國國家標準允許值的18倍。由此可見，比薩斜塔傾斜已達到極危險的狀態(tài)，隨時有可能倒塌。（2）事故原因分析關(guān)于比薩斜塔傾斜的原因，早在18世紀記載當時就有兩派不同見解：一派由歷史學家蘭尼里·克拉西為首，堅持比薩塔有意建成不垂直；另一派由建筑師阿萊山特羅領(lǐng)導，認為比薩塔的傾斜歸因于它的地基不均勻沉降。本

12、世紀以來，一些學者提供了塔的基本資料和地基土的情況。比薩斜塔地基土的典型剖面由上至下，可分為8層：表層為耕植土，厚1 60m；第2層為粉砂，夾粘質(zhì)粉士透鏡體，厚度 5.40m；第3層為粉土，厚3.0 m；第4層為上層粘土，厚度10.5m；第5層為中間粘土，厚為5.0m；第6層為砂土，厚為2.0m；第7層為下層粘土，厚度12.5m；第8層為砂土，厚度超過20.0m。有人將上述8層土合為3大層：一層為砂質(zhì)粉質(zhì)土；一層為粘土層；層為砂質(zhì)土層。地下水位深1.6m，位于粉砂層。 根據(jù)上述資料分析認為比薩鐘塔傾斜的原因是：鐘塔基礎(chǔ)底面位于第2層粉砂中。施工不慎，南側(cè)粉砂局部外擠，造成偏心荷載，使塔南側(cè)附加

13、應(yīng)力大于北側(cè)，導致塔向南傾斜。塔基底壓力高達500kPa，超過持力層粉砂的承載力，地基產(chǎn)生塑性變形，使塔下沉。塔南側(cè)接觸壓力大于北側(cè)，南側(cè)塑性變形必然大于北側(cè)，使塔的傾斜加劇。鐘塔地基中的粘土層厚達近30m，位于地下水位下，呈飽和狀態(tài)。在長期重荷作用下，土體發(fā)生蠕變，也是鐘塔繼續(xù)緩慢傾斜的一個原因。在比薩平原深層抽水，使地下水位下降，相當于大面積加載，這是鐘塔傾斜的重要原因。在60年代后期與70年代早期，觀察地下水位下降，同時鐘塔的傾斜率增加。當天然地下水恢復(fù)后，則鐘塔的傾斜率也回到常值。（3）事故處理方法卸荷處理為了減輕鐘塔地基荷重，1838年至1839年，于鐘塔周圍開挖一個環(huán)形基坑?；訉?/p>

14、度約3.5m，北側(cè)深0。9m，南側(cè)深2.7m?；拥撞课挥阽娝A(chǔ)外伸的三個臺階以下，鋪有不規(guī)則的塊石?；油鈬靡?guī)整的條石垂直向砌筑。基坑頂面以外地面平坦。防水與灌水泥漿為防止雨水下滲，于19331935年對環(huán)型基坑做防水處理，同時對基礎(chǔ)環(huán)周用水泥漿加強。為防止比薩斜塔散架，于1992年7月開始對塔身加固。以上處理方法均非根本之計。其關(guān)鍵應(yīng)是對地基加固而又不危及塔身安全。其難度是很大。此外，比薩斜塔貴在斜，因為1590年伽利略曾在此塔做落體實驗，創(chuàng)立了物理學上著名的落體定律。斜塔成為世界上最珍貴的歷史文物，吸引無數(shù)國內(nèi)外游客。如果把塔扶正，實際破壞了珍貴文物。因此，比薩斜塔的加固處理難度大，

15、既要保持鐘塔的傾斜，又要不擾動地基避免危險，還要加固地基，使斜塔安然無恙。有志之土如能研究出一個切實可行的方案則是一大貢獻。處理措施1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月: 封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進行地基處理目 前: 已向游人開放。 2、虎丘塔（1）工程事故概況虎丘塔位于蘇州市西北虎丘公園山頂，原名云巖寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久歷史。全塔七層，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊與塔心三部分組成?；⑶鹚看u砌，外型完全模仿樓閣式木塔，每層都有八個壺門，拐角處的磚特

16、制成圓弧形，十分美觀，在建筑藝術(shù)上是一個創(chuàng)造。中外游人不絕。1961年3月4日國務(wù)院將此塔列為全國重點文物保護單位。1980年6月虎丘塔現(xiàn)場調(diào)查，當時由于全塔向東北方向嚴重傾斜，不僅塔頂離中心線已達231m，而且底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑而封閉、停止開放。仔細觀察塔身的裂縫，發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，塔身的東北方向為垂直裂縫，塔身的西南面卻是水平裂縫。（2）事故原因分析經(jīng)勘察，虎丘山是由火山噴發(fā)和造山運動形成，為堅硬的凝灰?guī)r和晶屑流紋巖。山頂巖面傾斜，西南高，東北低?；⑶鹚鼗鶠槿斯さ鼗?，由大塊石組成，塊石最大粒徑達1000mm。人工塊石填土層厚12m，西南薄，東北厚。下為粉質(zhì)粘土，呈可塑至軟塑狀

17、態(tài)，也是西南薄，東北厚。底部即為風化巖石和基巖。塔底層直徑1366m范圍內(nèi)，覆蓋層厚度西南為28m，東北為58m，厚度相差30m，這是虎丘塔發(fā)生傾斜的根本原因。此外，南方多暴雨，源源雨水滲入地基塊石填土層，沖走塊石之間的細粒土，形成很多空洞，這是虎丘塔發(fā)生傾斜的重要原因。在十年“文革”期間，無人管理，樹葉堵塞虎丘塔周圍排水溝，大量雨水下滲，加劇了地基不均勻沉降，危及塔身安全。從虎丘塔結(jié)構(gòu)設(shè)計上看有很大缺點，沒有做擴大的基礎(chǔ)，磚砌塔身垂直向下砌八皮磚，即埋深05m，直接置于上述塊石填土人工地基上。估算塔重63000kN，則地基單位面積壓力高達435kPa，超過了地基承載力。塔傾斜后，使東北部位應(yīng)

18、力集中，超過磚體抗壓強度而壓裂。（3）事故處理方法：首先采取加固地基的辦法。第一期加固工程是在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻，其目的為減少塔基土流失和地基土的側(cè)向變形。在離塔外墻約3m處，用人工挖直徑1.4m的樁孔，深入基巖50cm，澆筑鋼筋混凝土。人工挖孔灌注樁可以避免機械鉆孔的振動。地基加固先從不利的塔東北方向開始，逆時針排列，一共44根灌注樁。施工中，每挖深80cm即澆15cm厚井圈護壁。當完成67根樁后，在樁頂澆筑高450mm圈梁，連成整體。第二期加固工程進行鉆孔注漿和樹根樁加固塔基。鉆孔注水泥漿位于第一期工程樁排式圓環(huán)形地下連續(xù)墻與塔基之間，孔徑90mm，由外及里分三排圓環(huán)形注漿共1

19、13孔，注入漿液達26637rn3。樹根樁位于塔身內(nèi)順回廊中心和八個壺門內(nèi)，共做32根垂直向樹根樁。此外，在壺門之間8個塔身，各做2根斜向樹根樁?？傆?8根樹根樁，樁直徑90mm，安設(shè)316受力筋，采用壓力注漿成樁。虎丘塔地基加固布置圖這項虎丘塔地基加固工程，由上海市特種基礎(chǔ)工程研究所改裝了XJ1001型鉆機，用干鉆法完成，效果良好。3、關(guān)西機場（世界最大人工島）概況：1986年：開工；1990年：人工島完成；1994年：機場運營；面積：4370m×1250m；填筑量：180×106m3；平均厚度：33m。問題：沉降大且有不均勻沉降。設(shè)計時預(yù)測沉降：5.77.5 m；完成時

20、實際沉降：8.1 m，5cm/月；(1990年)；預(yù)測主固結(jié)完成：20年后；比設(shè)計超填：3m。4墨西哥市藝術(shù)宮墨西哥國家首都墨西哥市藝術(shù)宮，是一座巨型的具有紀念性的早期建筑。此藝術(shù)宮于1904年落成，至今已有90余年的歷史。該市處于四面環(huán)山的盆地中，古代原是一個大湖泊。因周圍火山噴發(fā)的火山沉積和湖水蒸發(fā)，經(jīng)漫長年代，湖水干涸形成目前的盆地。當?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石硬殼層，厚度5m；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達712，天然含水量高達150%600%，為世界罕見的軟弱土，層厚達25m。因此，這座藝術(shù)宮嚴重下沉，沉降量竟高達4m。臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門前高差達2m。參觀者

21、需步下9級臺階，才能從公路進入藝術(shù)宮。這是地基沉降最嚴重的典型實例。下沉量為一般房屋一層樓有余，造成室內(nèi)外連接困難和交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道修理工程量增加。三、與土或土體有關(guān)的滲透變形問題1Teton壩概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事。損失：直接8000萬美元，起訴5500 起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路。原因：滲透破壞水力劈裂。1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。11：00左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。

22、流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。11：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。11:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下12：00過后坍塌口加寬洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀2九江大堤決口潰口原因：堤基管涌3龍山水庫龍山水庫迎水坡防滲加固（1）基本情況龍山水庫位于武江上游廊田河支流龍山水上。地處樂昌市東北部的廊田鎮(zhèn)龍山管理區(qū)龍山村。離京廣鐵路約12km。集雨面積26.2km2，水庫總庫容1124×104m3。是一宗以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐工程是由大壩、溢洪道、輸水隧洞和壩后電站組成。大壩于1973年4月按漿砌石重力壩方案施工，于1976年改為土石混合壩，1979年2月大壩建成蓄水。壩高61.5m，壩頂高程361.5m，設(shè)計洪水位3